Memory 为什么是；“随机”；从内存插入的数字通常非常大？

有时在开发例如C代码的过程中，您可能会意外地将数组索引到其最后一个元素之外，从而导致读取本质上是“随机”的内存块。我经常使用

double

s数组，并注意到当这种情况发生时，从“随机”内存生成的

double

通常非常大，如大于

1e+300

。我想知道这是为什么

如果用于解释

double

的64位真的是随机的，我会期望

double

的指数从

0

到

308

（忽略指数符号），这是由于浮点数在内存中使用科学（指数）表示法的方式。当然，内存中随机选择的位的值本身并不是随机分布的，而是对应于任何进程设置这些值的某种有意义的状态

为了研究这种影响，我编写了以下Python 3脚本，它绘制了从“随机”但未使用的内存中真正随机生成的

double

s和

double

s的分布：

import random，struct
将numpy作为np导入
将matplotlib.pyplot作为plt导入
N=10000
def随机_浮动（N=1）：
返回np.array（struct.unpack（'d'*N，字节）（random.randrange（256）表示范围（8*N））内的uuu）
def exp_hist（a，标签=无）：
a=a[~np.isnan（a）]
a=a[~np.isinf（a）]
a=a[a！=0]
如果len（a）==0：
打印（'仅限零！'）
返回
a=np.abs（np.log10（np.abs（a）））
plt.hist（a，范围=（0350），密度=真，α=0.8，标签=标签）
#由均匀随机位生成的浮点
a=随机浮点数（N）
经验历史（a，“随机”）
#从内存内容生成的浮动
a=np.空（N）
经验历史（一种“记忆”）
plt.xlabel（'指数'）
plt.legend（）
plt.savefig（'plot.png'）

运行此脚本的典型结果如下所示：

真正随机生成的

double

s的指数确实是均匀分布的

从内存内容中解释的

double

s的指数要么非常小，要么非常大。事实上，许多未使用的内存被清零，导致大量

0

值，这是有意义的。然而，正如我经常经历的跳出内存访问一样，在

1e+300附近也会出现很多值

我想解释一下这大量的超大
double
s

关于运行脚本的注意事项
如果您想自己尝试这个脚本，请注意您可能需要运行几次才能显示任何有趣的内容。从内存内容中读取的每个数字都可能是
0
，在这种情况下，它会告诉您是这样的。如果重复出现这种情况，请尝试降低
N
（使用的
双精度
s的数量）。
内存中可能有许多不同的内容，但数量惊人的内容会映射到非常大或非常小的浮点数、无穷大或NaN。在下文中，“FP”表示IEEE 754 64位二进制浮点

首先，因为他们已经讨论了这个问题的评论，考虑地址。一个64位地址通常具有所有指数位零（内存低端）或所有指数位高（内存高端，通常是堆栈地址）。如果所有的指数位都是高的，那么它就是一个无穷大或NaN，程序似乎忽略了它。如果所有指数位均为零，则为次正常数或零。次正态数均小于2.3E-308，以指数308计

现在考虑32位整数，另一种非常常见的数据形式。映射到有限FP的负32位2补整数为-1048577或更小。像-42或-1这样的数字映射到南边，被程序忽略。类似地，中等值正整数的所有指数位都为零，因此映射到次正态数，映射到直方图的大指数端。即使是小的正常数也相当于惊人的大整数。例如，1e-300的前导32位具有整数值
27618847
对于指针和整数，都存在对具有相同值的所有指数位的强烈偏向，要么全部为零，要么全部为一。所有1都是NaN或无穷大，不被程序计算在内。所有零都是低于正常值的，被算作非常大的指数。
所谓“随机”，实际上是指一致。均匀（随机）分布是指每个元素的发生概率相等的分布（或者，对于连续分布，每个区间的发生概率与区间大小成正比）。不同元素具有不同概率的分布仍然是随机的，只是不一致。内存布局倾向于将地址空间中的内容聚集在0、0x7fff…、0x8000…、0xffff…。因此，如果指针的值在0x7ff左右，则可以解释大的
double
值。@EricPostChil当这是预期的含义时，该问题特别使用“一致随机”一词。为什么内存布局会倾向于围绕这些值进行聚类？“如果……是真正随机的”，应该是“均匀分布的真正随机的”。“真正随机生成”应该是“真正随机生成且分布均匀”。内存布局围绕这些值聚集，因为很久以前人们坐在那里思考“我应该把东西放在哪里？”其中一些从0开始，然后将下一个东西放在1，然后是2，依此类推，或者放在4、8、12，或者任何他们需要的倍数。然后有人说，好的，我们已经把代码和一些数据放在那里了。嘿，我有个主意，让我们做一堆。我们应该把它放在哪里？由于已经使用了“底部”（0），可能它们从地址空间的顶部开始（当时可能是0xffff）向下工作。